Spragnione biopaliwa
Coraz liczniejsze badania dowodzą, że większość biopaliw nie jest tak ekologiczna, jak początkowo sądzono. Naukowcy z University of Minnesota sprawdzili, ile litrów wody pochłania produkcja bioetanolu z kukurydzy.
Dotychczas oceniano, że do wyhodowania kukurydzy i wyprodukowania z niej litra paliwa potrzeba od 263 do 784 litrów wody. Okazuje się jednak, że rozpiętość jest tutaj znacznie większa i waha się w zależności od klimatu oraz infrastruktury w stanie, w którym odbywa się produkcja. Z najnowszych danych, opublikowanych w Environmental Science and Technology wynika, że produkcja litra bioetanolu z kukurydzy pochłania od 5 do 2138 litrów wody. Badania wykazały również, że w latach 2005-2008 w USA produkcja bioetanolu z kukurydzy wzrosła dwukrotnie, a ilość zużywanej w tym celu wody zwiększyła się ponadtrzykrotnie.
Profesor inżynierii biosystemów Sangwon Suh zauważa, że ma to związek z faktem, iż w miarę jak paliwo tego typu zdobywa popularność, areały uprawy kukurydzy rozszerzają się na słabo nawodnione okolice, a więc zużycie wody rośnie.
Suh wraz ze swoimi kolegami przeanalizował dane dotyczące upraw kukurydzy na żywność i na paliwo. Wzięli pod uwagę położenie pól, plony i zużycie wody. Dowiedzieli się dzięki temu, że ponad 80% kukurydzy przeznaczanej na paliwo rośnie w promieniu 64 kilometrów od rafinerii. Kojarząc te dane z mapami dotyczącymi infrastruktury nawadniającej konkretne obszary, byli w stanie wyliczyć zużycie wody na litr paliwa.
W stanach takich jak Ohio, Kentucky czy Iowa, gdzie pola kukurydzy nie muszą być sztucznie nawadniane, zużywa się 5-7 litrów wody na litr paliwa. Jednak rosnąca popularność bioetanolu powoduje, że kukurydza jest coraz częściej uprawiana w Nebrasce, Kolorado czy Kalifornii, gdzie konieczne jest intensywne sztuczne nawadnianie.
David Pimentel z Cornell University uważa, iż najnowsze dane to kolejny gwóźdź do trumny tego rodzaju paliwa. Pimentel jest autorem studium, z którego wynika, że produkcja bioetanolu wymaga zużycia większej ilości energii, niż zapewnia jego spalenie, a nawożenie pól przyczynia się do olbrzymiego zatrucia wód Zatoki Meksykańskiej.
Tymczasem ustawa U.S. Energy Independence and Security Act przewiduje, że produkcja bioetanolu powinna wzrosnąć z obecnych 34 miliardów do 57 miliardów litrów rocznie w 2015 roku.
Z danymi Suha nie zgadza się Geoff Cooper, wiceprezes ds. badań Renewable Fuels Association. Jego zdaniem nie ma mowy o potrojeniu się zużycia wody. Sam Suh jest też optymistą i twierdzi, że genetycznie zmodyfikowana kukurydza oraz ponowne wykorzystanie leżących odłogiem pól pozwolą znacząco zmniejszyć zużycie wody do produkcji bioetanolu.
Pimentel ostrzega: Dla czytającego artykuł konkluzja jest jasna - będzie to wymagało użycia coraz większej ilości wody. Jednak Suh jest z Minnesoty i trzeba być ostrożnym, gdyż Minnesota promuje bioetanol.
Komentarze (3)
thibris, 15 kwietnia 2009, 08:09
Wie ktoś może jak wygląda faktyczny skład spalin z benzyny ? W statystycznym aucie spala się jeden litr na około 15 kilometrów drogi. Przyjmuję że jeden litr = 1 kilogram. Zakładam też że z tego kilograma praktycznie 100% materiału jest wydalana poza auto... Tylko w jakiej postaci ? Ile z tego to woda, ile dwutlenek węgla, a ile pozostałych zanieczyszczeń ?
lucky_one, 15 kwietnia 2009, 11:08
Tak się składa że miałem dość sporo odnośnie spalin na studiach (co najmniej kilka razy miałem to wałkowane), więc mogę trochę info na ten temat przytoczyć Hmm... Na początek, problem jest bardziej złożony niż Ci się wydaje.. A ponadto spaliny nie są tak szkodliwe jak mógłbyś przypuszczać.
Po pierwsze - 1 litr benzyny to jakieś 700-770g a nie 1000g (dane z wikipedii) - benzyna ma niższą gęstość niż woda.
Po drugie, spalin jest wydalane (masowo) więcej niż zużytego paliwa - z prostej przyczyny: do spalania zużywane jest powietrze z otoczenia (docierającego do samochodu i poprzez filtr powietrza trafiającego do silnika), zatem masa spalin = masa paliwa + masa powietrza do spalenia (zgodnie z prawem zachowania masy).
Dla przykładu weźmy sobie spalanie węglowodoru heksanu (niech to będzie nasz model benzyny):
C6H14 + 9,5O2 -> 6CO2 + 7H2O
M C6H14= 86 g/mol
M O2= 32 g/mol
M CO2= 44 g/mol
M H2O= 18 g/mol
Do tego pamiętajmy że w przybliżeniu zawartość O2 w powietrzu = 20%.
Do spalenia 750g C6H8 (ma on gęstość niższą niż benzyna - 0,65 g/cm^3) potrzeba by było 2651g O2 - a ponieważ powietrze ma 20% o2, zatem potrzeba by 5x2652= 13256g = 13kg powietrza. Czyli już w tym momencie jeśli cały spalany węglowodór byłby wydalany jako szkodliwy, to szkodliwa część spalin stanowi jedynie 750/13256= 0,057 = 5,7% spalin. Ale w idealnej sytuacji mielibyśmy dwutlenek węgla i wodę, czyli substancje nieszkodliwe (CO2 jest gazem cieplarnianym, ale jest groźny ze względu na swe ilości a nie właściwości, bo promieniowanie cieplne dużo bardziej odbija np metan).
W praktyce natomiast, nie spala się jeden węglowodór, ale kilka-kilkanaście, i nie zawsze ma taką piękną budowę - czasem jest to jakiś keton, alkohol (czyli w cząsteczce jest tlen), albo związek zawierający azot czy siarkę. Ale obecne wymagania stawiane paliwom zezwalają na zawartość siarki rzędu 50ppm (ppm - parts per million) czyli w 1 litrze paliwa (~750g) jest jej około 0,0375g (37,5mg).
Skład spalin z silnika benzynowego to mniej więcej:
0-750ppm (0,075%) węglowodorów (HC, niespalone paliwo oraz wtórnie powstałe węglowodory)
0-1050ppm (0,105%) tlenki azotu (NOx, x=0,5 v 1 v 2)
0,23% wodór (H2)
0,0-0,51% tlen (O2)
0,3-0,68% tlenek węgla (CO)
12,5% para wodna (H2O)
13,5-16% dwutlenek węgla(CO2)
reszta (~69,9%) azot (N2)
W przypadku użycia konwertorów katalitycznych (katalizatory trójfunkcyjne, TWC), emisja opisanych związków mieści się w tych niższych wartościach opisanych przedziałów..
Wspomnę tu jeszcze o parametrze lambda, używanym przy samochodach z katalizatorami trójfunkcyjnymi. W uproszczeniu to stosunek masowy powietrza do paliwa, który powinien wynosić 14,6 aby spaliny były jak najczystsze (aby dokonane było pełne spalanie; przy niedoborze powietrza powstaje więcej węglowodorów, a przy nadmiarze więcej tlenków azotu). W praktyce stosuje się wzór (powietrze/paliwo)/14,6 - taki wzór określa lambdę. Czyli lamba=1 jest idealna, ale przyjmuje się że może się zawierać w granicach 0,99-1,01. Za utrzymywanie takiej wartości powietrza odpowiada sonda lamba (urządzenie mierzące zawartość tlenu i poprzez komputer samochodowy regulujące dopływ powietrza).
Dla podsumowania podam wyliczone ilości substancji podczas spalania benzyny:
Ilość benzyny = 1litr =~ 750g = 0,75kg
Ilość powietrza = 750g*14,6 = 10950g = 10,95kg
Zatem łącznie musi być (z prawa zachowania masy) 10,95+0,75=11,7kg spalin.
HC = 11,7*0,01*0,075 = 0,008775kg = 8,775g
NOx = 11,7*0,01*0,105 = 0,012285kg = 12,285g
H2 = 11,7*0,01*0,23 = 0,02691kg = 26,91g
O2 = 11,7*0,01*0,51 = 0,05967kg = 59,67g
CO = 11,7*0,01*0,68 = 0,07956kg = 79,56g
H2O = 11,7*0,01*12,5 = 1,4625kg = 1462,5g
CO2 = 11,7*0,01*16,0 = 1,872kg = 1872g
N2 = 11,7*0,01*69,9 = 8,1783kg = 8178,3g
Teraz jeszcze zestawię ilości składników szkodliwych z nieszkodliwymi:
szkodliwe (HC,NOx,CO) = 100,62g z 11.700g (0,10062kg z 11,70000kg)
nieszkodliwe (H2,O2,H2O,CO2,N2) = 11.599,38g z 11.700g (11,59938kg z 11,70000kg)
Imponujące, nieprawdaż? Wychodzi, że samochody są niezwykle ekologicznymi źródłami energii Cały problem w tym że są ich dziesiątki milionów, a każdy z nich dziennie zużywa z 5-20l paliwa.
Osobnym zagadnieniem są silniki diesel'a, ale o nich już nie będę pisał. Generalnie emitują dużo mniej NOx na rzecz bardzo dużej emisji cząstek sadzy (na których zaadsorbowane są węglowodory, metale i inne związki), które są bardzo szkodliwe ze względu na przenikanie do płuc oraz bycie centrami katalitycznymi (metal na cząstce o mocno rozwiniętej powierzchni właściwej plus węglowodory jako substraty reakcji) różnych niepożądanych w środowisku reakcji.
googster, 25 kwietnia 2009, 21:36
bardzo ładnie napisane dzięki za wykład, miło się czytało